|
Справочное пособие.Кинематика. Глава 4. Кинематика. §1. Системы отсчета в механике. Механика – это раздеп физики, изучающий движение тел. Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве с течением времени . В дальнейшем мы будем опускать прилагательное «механическое» и говорить просто о «движении» тела. При изучении движения тела необходимо уметь определять его положение в пространстве. Для этого достаточно указать положение всех его точек . Для определения положения точки можно воспользоваться известными из геометрии системами координат . Но в отличие от геометрии, где любые точки, линии и фигуры никак не связаны с реальными предметами, физика имеет дело с физическими телами и любая рассматриваемая нами точка относится к какому?то определенному телу. Поэтому ее называют еще материальной точкой . Помимо этого всегда необходимо указывать относительно каких тел мы рассматриваем движение нашего тела. По отношению к разным телам оно будет двигаться по?разному. Возьмем к примеру движущийся вагон поезда, в котором на полке лежит чемодан. Относительно вагона чемодан будет покоиться , а относительно Земли – двигаться вместе с вагоном. Поэтому говорят, что всякое движение (а также и покой ) тела относительны . В механике движение тел рассматривают относительно специально выбранного тела, которое называют телом отсчета . Система координат относительно тела отсчета всегда остается неподвижной . Поскольку механика изучает изменение положения тел с течением времени , при проведении опытов обязательно потребуется еще прибор для измерения времени , которым могут быть и обыкновенные часы . Совокупность тела отсчета , системы координат и прибора для измерения времени (часов) называется системой отсчета . Имея в распоряжении систему отсчета , мы можем описывать любые движения тел. Кинематика – это раздел механики, занимающийся описанием движения тел. Причины , по которым движутся тела, в кинематике не рассматриваются . §2. Движение материальной точки. Для описания движения тела достаточно описать движение всех его точек , которые вообще-то могут двигаться по-разному, особенно, если мы рассматриваем жидкие или газообразные тела. Поэтому поговорим сначала о том, как в механике описывается движение одной точки . В этом разделе мы по-прежнему будем употреблять слово «тело», но понимать под ним будем только одну материальную точку . Траектория движения – это линия , по которой движется материальная точка . Движение точки может быть прямолинейным или криволинейным . Прямолинейное движение – это движение по прямой линии . Криволинейное движение – это движение по кривой линии . Физические величины , используемые для описания движения материальной точки. • Перемещение. Предположим, что тело, двигаясь по некоторой траектории, переместилось за промежуток времени D t из точки A в точку B . (Рис.) Говоря о точках A и B , мы имеем ввиду не материальные точки (которые мы называем здесь телами), а точки в пространстве . Для того, чтобы определить в какую точку пространства переместилось тело за промежуток времени D t , нам совсем не обязательно знать всю траекторию. Достаточно указать, в каком направлении и на какое расстояние переместилось тело за это время. Поэтому в механике ввели специальную физическую величину – перемещение . Перемещение – это физическая величина, Перемещение является векторной величиной. Обозначение – S . Единица измерения в системе СИ – м . Перемещение изображается на рисунках в виде вектора.
• Скорость. Рассмотрим вначале частный случай прямолинейного равномерного движения. Словосочетание «равномерное движение» означает, что тело за равные промежутки времени проходит равные расстояния. Иными словами, тело не ускоряет и не замедляет своего движения. Скорость тела при прямолинейном равномерном движении – это физическая величина, равная отношению перемещения S к промежутку времени D t , за который это перемещение было совершено. Обозначение – v . Единица измерения в системе СИ – м/с . В виде математической формулы это определение можно записать следующим образом: (1) Скорость является векторной величиной. Числовое значение скорости равно отношению модуля перемещения S к промежутку времени D t , Физический смысл скорости. Скорость характеризует быстроту движения тела (как быстро тело перемещается). При прямолинейном равномерном движении скорость – постоянная величина. Направление скорости не меняется, числовое значение также постоянно. Математически это записывается следующим образом: v = const . В общем случае движение может быть криволинейным и неравномерным . Тогда скорость не будет постоянной величиной, ее числовое значение и направление будут меняться. Рассмотрим какую-нибудь криволинейную траекторию. Если мы рассмотрим очень маленький промежуток времени D t , то за это время тело не успеет сильно изменить направление своего движения и этот маленький участок траектории можно будет считать почти прямым . При неравномерном движении может меняться не только направление, но и само числовое значение скорости. Но если мы рассмотрим очень маленький промежуток времени D t , то за это время значение скорости не успеет сильно измениться, поэтому движение в течение этого времени можно будет считать Эти рассуждения приводят нас к выводу, что если выбирать промежуток времени D t очень маленьким , то движение тела в течение этого времени можно считать прямолинейным и равномерным . А значит, подходит определение скорости, которое мы давали ранее. Разделяя мысленно время движения тела на такие маленькие промежутки D t , мы сможем определить скорость тела в течение всего времени. Таким образом, в общем случае определение скорости будет следующим. Скорость тела – это физическая величина, равная отношению перемещения S к промежутку времени D t , за который это перемещение было совершено. Промежуток времени D t выбирается настолько малым , чтобы движение в течение этого времени можно было считать прямолинейным и равномерным . Для скорости остается также справедливой формула (1). • Ускорение. Рассмотрим вначале частный случай равноускоренного движения. Словосочетание «равноускоренное движение» означает, что за равные промежутки времени скорость тела меняется на одну и ту же величину . Ускорение тела при равноускоренном движении – это физическая величина, равная отношению изменения скорости D v к промежутку времени D t , за который это изменение произошло. Обозначение – a . Единица измерения в системе СИ – м/с 2 . В виде математической формулы это определение можно записать следующим образом: (2) Ускорение является векторной величиной, т. е. характеризуется как числовым значением , так и направлением . Физический смысл ускорения. Ускорение характеризует быстроту изменения скорости . При равноускоренном движении ускорение – постоянная величина. Направление и числовое значение ускорения не меняются ( a = const ). В общем случае движение может быть неравноускоренным . Тогда ускорение не будет постоянной величиной, его числовое значение и направление будут меняться. Но если мы рассмотрим очень маленький промежуток времени D t , то за это время ускорение тела не успеет сильно измениться, поэтому движение в течение этого промежутка времени можно считать почти равноускоренным . А значит, подходит определение ускорения, которое мы давали ранее. Разделяя мысленно время движения тела на такие маленькие промежутки D t , мы сможем определить ускорение тела в течение всего времени движения. Таким образом, в общем случае определение ускорения будет следующим. Ускорение тела – это физическая величина, равная отношению изменения скорости D v к промежутку времени D t , за который это изменение произошло. Промежуток времени D t выбирается настолько малым , чтобы движение в течение этого времени можно было считать равноускоренным . Для ускорения остается также справедливой формула (2). §3. Поступательное и вращательное движение твердого тела. До сих пор мы говорили только о движении одной материальной точки . Теперь же рассмотрим движение всего тела в целом. В нашем рассмотрении мы ограничимся только твердыми телами . Отличительным свойством любого твердого тела является то, что оно всегда имеет определенную форму и объем . Движение твердого тела может быть довольно своеобразным и сложным. Но существует два простых типа движения, которые играют в механике важную роль, – поступательное и вращательное . Любое сколь угодно сложное движение твердого тела можно представить как сочетание поступательного и вращательного движений. Поэтому, если мы умеем описывать поступательное и вращательное движения, мы сможем описать и любое другое движение твердого тела. Поступательное движение – это движение, при котором все точки тела движутся одинаково . Примеры поступательного движения
Пунктиром обозначены траектории точек тела. Обратите внимание, что траектории всех точек тела одинаковы . При поступательном движении все точки тела движутся одинаково, поэтому описание движения сводится к описанию движения одной произвольной точки тела. В этом случае мы можем говорить о скорости и ускорении всего тела целиком , поскольку эти величины будут одинаковы для всех его точек. Вращательное движение – это движение, при котором все точки тела движутся по окружностям , центры которых лежат на одной прямой . Плоскости окружностей перпендикулярны оси вращения . Примеры вращательного движения.  Траектории всех точек являются окружностями с разными радиусами. Ось вращения направлена перпендикулярно плоскости рисунка
Траектории всех точек являются окружностями с разными радиусами. MN – ось вращения . При вращательном движении все точки тела движутся по- Угловая скорость – это физическая величина, равная отношению угла a поворота тела при вращательном движении к промежутку времени D t , за который это поворот был совершен. Промежуток времени D t выбирается настолько малым , чтобы вращательное движение в течение этого времени можно было считать равномерным . Обозначение – w . Единица измерения в системе СИ – радиан / с . В виде математической формулы это определение можно записать следующим образом: Вверх--На главную--Ввернуться к списку ||Учебный комбинат||О лаборатории||Выбор профессии||Высшее образование||Среднее специальное||Справочное пособие||Новости||Карта сайта||Контакты||Web-мастеру|| |
разному – с разной скоростью, с разным ускорением, и говорить о скорости и ускорении тела как единого целого мы уже не можем . Поэтому для описания вращательного движения используются свои физические величины – угловая скорость и угловое ускорение . Мы коснемся только первой из них. 
(3) Веб: zigmud@bk.ru
